“CALCULO DE VIDA REMANENTE EN TUBOS DE

PARED DE AGUA DE GENERADORES DE VAPOR”

M. C. Elisa Martínez González, Ing. Oscar Dorantes Gómez

Instituto de Investigaciones Eléctricas,

Calle Reforma 113, Col. Palmira, C.P. 62490, Tel (777) 362-38-11

Cuernavaca, Morelos, México

e-mail: ecmg@iie.org.mx, dorantes@iie.org.mx

En un GENERADOR DE VAPOR, sus componentes están diseñados para

absorber eficientemente el calor de los gases de combustión y suministrar

vapor a una temperatura, presión y capacidad definida en su diseño.

Generador de Vapor

Paredes de Agua

Operación de un generador de vapor

PicadurasAgrietamiento

Erosión

Falla en tubosGrietas

Daño por Creep

Mecanismos de falla en tubos de generadores de vapor

La sección de Pared de Agua mide 30 m de altura

Inspección ultrasónica y replicas metalográficas en tubos de pared de agua

DISEÑO Y FABRICACION DEL

DISPOSITIVO DE INSPECCIÓN

Desarrollo del modeloDesarrollo del modeloDesarrollo del modeloDesarrollo del modelo

• El modelo de Elemento Finito fue

realizado con elementos hexaédricos de

orden 2, y se utilizaron elementos de

contacto superficie-superficie en las

zonas en las que el sistema hace

contacto con los tubos.

Malla de Elemento Finito del Sistema de Inspección sobre

una pared de tubos de agua

• El material de los tubos es ASTM A-36 y

el del carro es aluminio.

• El peso del carro es de 12 kg y esa es la

carga que se incluyó en el análisis.

• El análisis es estructural estático lineal y

se realizó en ANSYS Workbench v11.

• Los modelos geométricos se hicieron

utilizando SolidWorks.

DiseDiseDiseDiseñññño del robot con llantas magno del robot con llantas magno del robot con llantas magno del robot con llantas magnééééticasticasticasticas

• Los resultados obtenidos en este

análisis sirvieron como punto de

comparación para la selección

de los componentes necesarios

para asegurar la adherencia del

dispositivo.

DiseDiseDiseDiseñññño del robot con llantas magno del robot con llantas magno del robot con llantas magno del robot con llantas magnééééticasticasticasticas

DESARROLLO DE LA

METODOLOGIA DE VIDA

REMANENTE EN TUBOS DE GV

VR = Vida residual (horas)

eactual= Espesor actual del tubo (mm)

Enominal = Espesor nominal del tubo (mm)

Fc = Esfuerzo de falla ( 150 N/mm2 para tubos de pared de hogar)

Pe = Presión de operación del tubo (N/mm2 )

D = Diámetro interno del tubo (mm)

C = tasa de corrosión del tubo ( mm/h )

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

Aplicación de la técnica EMAT en tubos de la sección de pared de

agua de G V

Depósitos de los gases de combustión

Cristal MagnetoBobina del

circuito EMAT

Ondasultrasónicas

Ondasultrasónicas

Campo MagnéticoCorrientesEddy

Material de acoplamiento Fuerza Lorentz

Transductor

piezoeléctricoTransductor

EMAT

Técnica de ultrasonido convencional Técnica utilizando transductores EMAT

Inspección en tubos de pared de agua EMAT & UT

Señales de ultrasonido adquirida de diversos tubos.

Espesor del tubo

Esfuerzode referencia S =

√3

2k

P

D + e

D - e][ln

Esfuerzo de referencia vs Espesor del tubo

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

Espesor del tubo

Esfuerzode referencia

CRITERIO DE FALLA

Sf

efalla

Criterio de falla:

Esfuerzo de referencia = Esfuerzo de falla (Sf )

Sf =Ys + UTS

2

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

Espesor del tubo

Esfuerzode referencia

CRITERIO DE FALLA

Sfb

efb

Criterio de falla:

Esfuerzo de referencia = Esfuerzo de falla (Sf )

Sf =Ys + UTS

2

ESFUERZO DE FALLA DE MATERIALES DIFERENTES

Sfa

Sfc

efa efc

a, b y c : son materiales de diferente composición

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

Espesor del tubo

Esfuerzode referencia

VIDA RESIDUAL DEL MATERIAL DE LOS TUBOS INSPECCIONADOS

Sf

efalla etubo nuevoetiempo x

VTOTAL

VRES

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

Resultados para estimar la vida remanente

Conclusiones

• Se presentan los resultados del análisis de la fuerza de adherencia magnética del

robot considerando el peso de todos los componentes que constituyen el

Sistema, así como los componentes eléctricos y electrónicos necesarios para su

funcionamiento.

• El diseño mecánico, apoyándose en software especializado como Ansys

Workbench, presenta la ventaja de almacenar información y aplicarla a un fin

común.

• Esta interfase permite realizar simulaciones que conllevan a resultados confiables

en un lapso corto de tiempo y puede ser repetido múltiples ocasiones con el

mismo efecto.

• Los resultados obtenidos en este análisis sirvieron como punto de comparación

para la selección de los componentes necesarios para asegurar la adherencia del

dispositivo.

Conclusiones

• El robot realizará la inspección cubriendo mayor superficie que la realizada

convencionalmente y de una manera confiable, ya que podrá desplazarse y

adherirse por la pared de los tubos hasta una altura de 30 m sin la necesidad de

andamios.

• El personal que realice el mantenimiento podrá tener una herramienta que le

permita conocer el estado actual de los tubos de pared de agua de los

generadores de vapor.

• Podrá planear los programas de inspección y mantenimiento, optimizar sus

recursos y reducir el índice de fallas en el generador.

Instituto de Investigaciones Eléctricas

División de Sistemas Mecánicos